(同济大学测量学课件)第02章 水准测量

1《测量学》同济大学测量与国土信息工程系第二章水准测量第二章水准测量◆水准测量原理◆水准测量的方法与成果整理◆水准仪轴线的检验与校正◆精密水准仪和电子水准仪学习要点第二章水准测量§2-1高程测量概述一、高程及高程测量二、高程测量方法三、水准测量等级1..地面点的高程一、地面点的高程相对高程——如标高(多用于建筑施工)绝对高程——地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。高程测量——测定地面点高程的工作二、高程测量的方法1、水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。是高程测量的主要方法使用仪器：水准仪水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。2、其他高程测量方法：三角高程测量、GPS测量等2.高程系统与高程基准我国国家高程系统：黄海高程系我国国家高程基准：1985年国家高程基准◆我国取青岛附近黄海平均海水面为大地水准面；人为而定，相对稳定(我国1956年取前6年的平均潮位作为大地水准面；1985年取1953年1979年共26年观测的平均潮位作为大地水准面)；◆水准原点建在青岛市内，作为我国的国家高程基准。1956年高程基准的高程为72.289米，1985年高程基准的高程为72.260米。上海地区高程系统：吴淞高程系三、高程系统与高程基准H吴=H黄-1.6008（1985）3.4.高程系统、等级四、水准测量的等级分一、二、三、四等（按精度要求、控制范围）一等水准测量:——仅在国家等级中存在作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程测量图根水准（普通水准）§2-2水准测量原理•要求：测量A，B两点间的高差h•思路：–在A，B上竖立标尺，–用水准仪指示一条水平视线–该视线在两尺上截得读数a和b–则A、B的高差：注：高差有正有负bahAB•水准仪的主要轴线：–望远镜视准轴（俗称视线），用于观察尺子，读取读数–水准管轴，水准管是水平状态指示器。用于把其轴置平•仪器要求这两个轴平行。从而可以借助水准器把视线置平水准测量原理)(bbbaaa)(bbaaba当Da=Db时，bbaa中间法abABhbah考虑水准面弯曲2.连续安置水准仪的测量方法连续安置水准仪的测量方法两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+h2+….+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+….+(an-bn)=a-bhAB一.水准测量的仪器与工具§2-3水准尺和的水准仪一、水准尺、尺垫•直尺：双面(黑、红)水准尺，尺常数4.687m、4.787m，用于三等以下水准路线测量。•塔尺：可伸缩，伸足为3米、5米，用于一般工程测量。•尺垫：转点立尺用。2.水准仪二、水准仪等级(精度系列)：DS05DS1DS3DS10型号下标：毫米数，表示1公里往、返测量的高差平均值的中误差(由于仪器引起的)。构造：望远镜水准器支架基座S3水准仪外型•一般的望远镜只需望远，不需瞄准。所以有物镜，目镜（加调焦镜）即可。•测量望远镜要能瞄准。•所以要有十字丝。目标的象与十字丝重合即瞄准。望远镜与视差望远镜与视差●测量望远镜及十字丝上丝下丝竖丝横丝望远镜的十字丝•视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。•物镜的作用：把目标成象（拉近）。•目镜的作用：把十字丝（和目标象）放大。十字丝固定不动。为了让仪器适用于不同视力的人，目镜可以前后调节，称为目镜调焦。•调焦镜的作用：使远近不同的目标都能成象于十字丝面上。移动调焦镜称为物镜调焦。•视差：如果目标象没有落在十字丝面上，则当观测员的眼睛上下左右移动时，会感到目标象与十字丝之间有相对错动。这种现象称为视差。视差影响瞄准的精度。物镜调焦可以消除视差。测量望远镜视差●视差：望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字丝与目标的像有相对移动。消除视差的步骤：目镜调焦，使十字丝最清晰；物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。水准器（1）圆水准器灵敏度8/2mm用于仪器粗平（2）管水准器灵敏度20/2mm用于仪器精平水准器•水准器分圆形和管形两种•管水准器是个玻璃容器，其纵剖面上内侧呈圆弧形。刻划线对称中点处的切线就是水准管轴。“气泡居中”即水准管轴水平。•圆水准器是个玻璃容器，上面有同心圆的刻划。上盖的内表面是圆球形，同心圆圆心处的曲率半径就是圆水准器的轴。“气泡居中”即水准器的轴垂直。•水准管的精度：–管子内壁光滑，液体与内壁的附着力小，则气泡对倾斜反映的灵敏度高–曲率半径大，格值小则精度高–气泡长，两端清晰，读数误差小则精度高格值是相邻分划线之间的弧所对的圆心角。设弧长为2毫米，曲率半径为R毫米，则格值一般秒R210,20,30,60•符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察。•若直接用肉眼观察则–因为玻璃有厚度，斜视时会产生视差–要同时观察气泡的两端才能判断气泡是否居中•用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。10)(521mm符合棱镜系统的精度：为气泡的格值肉眼观察的精度：三、水准仪的使用1、安置：用连接螺旋把仪器固定在三脚架上2、粗平：使三脚架架头大致水平;转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中3、瞄准调节目镜：照准明亮的物体（如白墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标；精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，直至无“视差”。用微动螺旋慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）4、精平用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合）5、读数用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也是必须记录的数字。）水准管的校正螺丝像片圆水准管脚螺旋粗平用连接螺旋把仪器固定在三脚架上，固定两个脚架，动第三个脚架，使三脚架架头大致水平;转动脚使螺旋圆水准器的气泡居中2、粗平（左手拇指法则）•调节目镜：照准明亮的物体（如白墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；•粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标；•精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，检查有无“视差”（消除视差）。用微动螺旋慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）3、瞄准水准管的校正螺丝像片目镜缺口视差●视差：望远镜内目标像与十字丝分划板未重合。现象：观测时，改变眼睛与目镜的相对位置，十字丝与目标的像有相对移动。消除视差的步骤：目镜调焦，使十字丝最清晰；物镜调焦，使目标像最清晰，且无视差。•符合棱镜系统把水准气泡两端成象在一起便于观察。用符合棱镜系统观察，可以避免上述缺点。判断“气泡居中”的精度约可提高一倍。•调节微倾螺旋，使气泡吻合成一个完整的抛物线4、精平（普通水准尺）水准尺的分划不是线划式而是区格式的。区格的边缘是分划的位置，区格内的小数即毫米“估读”。区格式分划便于从远处观察并读数。5、读数bc瞄准与读数水准测量的瞄准与读数adba0.7256.2521.533自动安平水准仪原图四、自动安平水准仪（一）自动安平水准仪的特点1、没有水准管和微倾螺旋；望远镜和支架连成一体2、测量时，只需粗平自动安平水准仪原图（二）自动安平水准仪基本原理2.自动安平补偿器结构自动安平补偿器结构两个摆动棱镜的补偿器•两个直角棱镜是补偿器的摆动部分。镜筒倾斜时水平光线与其竖平面不正交，从而使光线在棱镜系统中产生折射，最后把水平光线导至十字丝中心。Koni007自动安平水准仪ZeissKoni007自动安平水准仪§2-4水准测量的方法及成果处理一、水准点和水准路线（一）水准点埋设在永久、固定的地点（二）水准路线1、支水准路线2、闭合水准路线3、附合水准路线二、水准测量方法（一）两次仪器高法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=±5mm)(2121hhh测站水准尺读数点号后尺前尺高差(h)平均高差改正后高差高程（H）1A113410.0001011TP.11677-0.5431554-0.543-0.543TP.114441624TP.21324+0.12021508+0.116+0.118水准测量记录（两次仪器法）（二）双面尺法已知HA，求HBa1b1a2b2h1=a1-b1h2=a2-b2h1-h2=f=±5mm测站水准尺读数点号后视前视高差(h)平均高差改正后高差高程（H）1A112510.0005911TP.10876+0.2495661+0.250-0.250TP.113186103TP.21324+0.31225792+0.311+0.312水准测量记录（双面尺法）三、水准测量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m(一）、高差闭合差计算理测hhfh理h0闭合水准HB–HA=H终-H始附合水准无支水准支水准路线无闭合差，所以采用往、返测量返往hhfh三、水准测量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m)(037.0293.4330.4)()(293.4286.45579.49mHHhfmHHhABhAB理)(10940mmLfh容(一）高差闭合差计算高差闭合差的允许值Lfh40容L---以公里为单位三、水准测量成果整理A123B+2.331m1.6km+2.813m2.1km-2.244m1.7km+1.430m2.0kmHA=45.286mHB=49.579m)(10940)(037.0293.4330.4)(mmLfmHHhfhABh容ioiholvVkmmmLfv)/(54.737（二）高差闭合差的分配水准测量成果整理点号距离（km）测得高差（m）改正值（m）改正后高差（m）高程（m）BM.A45.2861.6+2.331-0.008+2.323BM.147.6092.1+2.813-0.011-2.802BM.250.4111.7-1.244-0.008-2.252BM.348.1592.0+1.430-0.010+1.420BM.BΣ7.4+4.330-0.037+4.29349.579)(037.0293.4330.4)()(293.4286.45579.49mHHhfmHHhABhAB理)(10940mmLfh容§2-5水准仪的检验与校正(一)水准仪的主要轴线望远镜视准轴水准管轴纵轴圆水准轴一、水准仪的主要轴线及满足的条件•视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。•水准管轴:经过水准管零点的切线•纵轴:仪器旋转轴•圆水准轴:经过圆水准管零点的法线1）圆水准器轴平行于仪器纵轴L´L´∥VV2）十字丝的横丝垂直于纵轴3）水准管轴平行于视准轴LL∥CCL´L´∥VVLL∥CC(二)水准仪满足的条件二、水准仪检验与校正（一）圆水准器轴平行于仪器纵轴的检验与校正•误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度1、检验：（如何发现误差？）a)以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的纵轴b)把仪器连带水准器绕纵轴旋转180度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。•2、校正：•（如何减少误差？）（气泡移动量一半所表示的倾斜度就是纵轴的倾斜度。）动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。•重复上述检验和校正一、二次，使该这误差尽可能小。L´V(二)十字丝的横丝垂直于纵轴1、检验：用圆水准器使纵轴垂直后，用十字丝的横丝照准某一清晰目标。用微动螺旋转动望远镜，如果十字丝的横丝一直不离开目标，则无误差。否则要校正。2、校正